计算机组成原理答案(2)

编址，试画出主存字地址和字节地址的分配情况。

7．一个容量为16K?32位的存储器，其地址线和数据线的总和是多少？当选用下列不同规格的存储芯片时，各需要多少片？

1K?4位，2K?8位，4K?4位，16K?1位，4K?8位，8K?8位 8．试比较静态RAM和动态RAM。

9．什么叫刷新？为什么要刷新？说明刷新有几种方法。 10．半导体存储器芯片的译码驱动方式有几种？

11．画出用1024?4位的存储芯片组成一个容量为64K?8位的存储器逻辑框图。要求将64K

①

分成4个页面，每个页面分16组，指出共需多少片存储芯片。 12．设有一个64K?8位的RAM芯片，试问该芯片共有多少个基本单元电路（简称存储基元）？

欲设计一种具有上述同样多存储基元的芯片，要求对芯片字长的选择应满足地址线和数据线的总和为最小，试确定这种芯片的地址线和数据线，并说明有几种解答。

13．某8位微型机地址码为18位，若使用4K?4位的RAM芯片组成模块板结构的存储器，

试问：

（1）该机所允许的最大主存空间是多少？

（2）若每个模块板为32K?8位，共需几个模块板？ （3）每个模块板内共有几片RAM芯片？ （4）共有多少片RAM？

（5）CPU如何选择各模块板？ 14．设CPU共有16根地址线，8根数据线，并用MREQ（低电平有效）作访存控制信号，RW作读写命令信号（高电平为读，低电平为写）。现有下列存储芯片：

ROM（2K?8位，4K?4位，8K?8位）， RAM（1K?4位，2K?8位，4K?8位）

及74138译码器和其他门电路（门电路自定）。

试从上述规格中选用合适芯片，画出CPU和存储芯片的连接图。要求： （1）最小4K地址为系统程序区，4096~16383地址范围为用户程序区； （2）指出选用的存储芯片类型及数量； （3）详细画出片选逻辑。

15．CPU假设同上题，现有8片8K?8位的RAM芯片与CPU相连，试回答：

（1）用74138译码器画出CPU与存储芯片的连接图； （2）写出每片RAM的地址范围；

（3）如果运行时发现不论往哪片RAM写入数据后，以A000H为起始地址的存储芯片

都有与其相同的数据，分析故障原因。

（4）根据（1）的连接图，若出现地址线A13与CPU断线，并搭接到高电平上，将出

现什么后果？

16．反映主存和外存的速度指标有何不同？

17．某机字长16位，常规的存储空间为64K字，若想不改用其他高速的存储芯片，而使访

存速度提高到8倍，可采取什么措施？画图说明。

18．什么是“程序访问的局部性”？存储系统中哪一级采用了程序访问的局部性原理？ 19．计算机中设置Cache的作用是什么？能不能把Cache的容量扩大，最后取代主存，为什

么？

20．Cache做在CPU芯片内有什么好处？将指令Cache和数据Cache分开又有什么好处？ 21．设某机主存容量为4MB，Cache容量为16KB，每字块有8个字，每字32位，设计一

个四路组相联映象（即 Cache 每组内共有4个字块）的Cache组织，要求： （1）画出主存地址字段中各段的位数；

（2）设Cache的初态为空，CPU依次从主存第0、1、2、…… 99号单元读出100个字（主存一次读出一个字），并重复按此次序读8次，问命中率是多少？

（3）若Cache的速度是主存的6倍，试问有Cache和无Cache相比，速度约提高多少

①

将存储器分成若干个容量相等的区域，每一个区域可看作一个页面。

倍?

22．简要说明提高访存速度可采取那些措施？

23．画出NR、NRZ、NRZ1、PE、FM写入数字串1011001的写入电流波形图。 24．以写入10010110为例，比较调频制和改进调频制的写电流波形图。

25．画出调相制记录01100010的驱动电流、记录磁通、感应电势、同步脉冲及读出代码等

几种波形。

26．磁盘组有六片磁盘，每片有两个记录面，存储区域内径22cm，外径33cm，道密度为

40道/cm，内层密度为400 位/cm，转速2400 转/分，问： （1）共有多少存储面可用？ （2）共有多少柱面？

（3）盘组总存储容量是多少？ （4）数据传输率是多少？ 27．某磁盘存储器转速为3000转/分，共有4个记录盘面，每毫米5道，每道记录信息12288

字节，最小磁道直径为230mm，共有275道，求： （1）磁盘存储器的存储容量；

（2）最高位密度（最小磁道的位密度）和最低位密度； （3）磁盘数据传输率； （4）平均等待时间。

28．磁表面存储器和光盘存储器记录信息的原理有何不同？

29．试从存储容量、存取速度、使用寿命和应用场合方面比较磁盘、磁带和光盘存储器。 30．写出1100、1101、1110、1111对应的海明码。

（1）按配偶原则配置； （2）按配奇原则配置。

31．已知接受到的海明码（按配偶原则配置）为1100100，1100111，1100000，1100001，

检查上述代码是否出错？第几位出错？

32．已知接收到下列海明码，分别写出它们所对应的欲传送代码。

1100000（按偶性配置）； 1100010（按偶性配置）； 1101001（按偶性配置）； 0011001（按奇性配置）； 1000000（按奇性配置）； 1110001（按奇性配置）；

33．欲传送的二进制代码为1001101，用奇校验来确定其对应的海明码，若在第六位出错，

说明它的纠错过程。

34．为什么海明码纠错过程中，新的检测位P4P2P1的状态即指出了编码中错误的信息位？ 35．设有效信息为1100，试用生成多项式G(x) = 1011，将其编成循环冗余校验码。

36．有一个（7，4）码，其生成多项式G(x)= x3 + x + 1，写出代码1001的循环冗余校验码。

第四章 存储器习题部分答案

1、答：

主存：与CPU直接交换信息，用来存放数据和程序的存储器。

辅存：主存的后援存储器，用来存放当前暂时不用的程序和数据，不予CPU直接交换信息。

CACHE：为了解决CPU和主存的速度匹配，提高访存速度的一种存储器，它设在主存与CPU间，起缓冲作用。

RAM：可读可写存储器，是随机存取的，在程序执行过程中既可读出也可写入，而且存取时间与存储单元所在位置无关。

SRAM：静态RAM，以触发器原理寄存信息。 DRAM：动态RAM，以电容充放电原理寄存信息。

ROM：只能对其存储的内容读出，而不能对其写入的只读存储器。

PROM：可实现一次性编程的只读存储器。

EPROM：可擦洗可编程的只读存储器，用紫外线照射进行擦写。 EEPROM：用电气方法进行擦写的可擦洗可编程的只读存储器。

CDROM：只读型光盘，此中光盘内数据程序由厂家事先写入，用户只能读出，不能修改或写入新的内容。

Flash Memory：快擦型存储器，是性能价格比号，可靠性高的可擦写非易失型存储器。

2、答：

计算机中有以下部件可以存储信息：寄存器、缓存、主存、磁盘、磁带等。 速度上：寄存器>缓存>主存>磁盘>磁带 容量上：寄存器<缓存<主存<磁盘<磁带 价格/位：寄存器>缓存>主存>磁盘>磁带

3、答：

(1) 存储器的层次结构主要体现在：缓存－主存和主存－缓存这两个存储层次上。 (2) 从CPU的角度来看，缓存－主存这一层次的速度接近于缓存，高于主存，其容量和位价却接近于主存。从主存－缓存这一层次，其速度接近于主存，容量接近辅存，平均位价也接近于辅存，从而解决了速度、容量、成本这三者间的矛盾。

(3) 主存与缓存之间的数据调动是由硬件自动完成的，CPU不能直接访问辅存，辅存只能与主存交换数据，他们之间的信息调动均由硬件和操作系统来实现。

4、答：

存取周期：是指存储器进行连续两次独立的存储器操作（如连续两次读操作）所需的最小间隔时间。

存取时间：是指启动一次存储器操作（读或写）到完成该操作所需的全部时间。 由概念可知，这两个概念是有很大区别的，通常存取周期大于存取时间。

5、答：

(1) 存储器带宽：每秒从存储器进出信息的最大数量。 (2) 带宽＝32bit/200ns＝160M位/秒

7、答：

因为容量为16K×32，所以需地址线14根，数据线32根，总和是46根。

需要128片1K×4，32片2K×8，32片4K×4，32片16K×1，16片4K×8，8片8K×8

8、答：

静态RAM是触发器存储信息，因此即使信息读出后，它仍保持其原状态，不需要在城，但电源掉电时，原存信息丢失。动态RAM靠电容存储电荷的原理来寄存信息，即使电源不掉电，信息也会自动消失。

动态RAM的优点：

① 在同样大小的芯片中，动态RAM的集成度远高于静态RAM，如动态RAM的基本单元电路为一个MOS管，静态RAM的基本单元电路为六个MOS管；② 动态RAM行、累地址按先后顺序输送，减少了芯片引脚，封装尺寸也减少；③ 动态RAM的功耗仅为静态RAM的1/6；动态RAM的价格仅为静态RAM的1/4

动态RAM的缺点：

① 由于使用动态元件，因此他的速度比静态RAM低；② 动态RAM需要再生，故需配置再生电路，也需要消耗一部分功率。

15、答：

(1) 见下图

(2) 第一片0000H~1FFFH，第二片2000H~3FFFH，??，第八片E000H~FFFFH (3) 说明译码器有误，第六根线的输出始终是0。

24、答：

见下图

30、答：

配奇：1010100，0111101，1111110，0010111 配偶：0111100，1010101，0010110，1111111

31、答：

1100100第6位错，1100111第7位错，1100000第3位错，1100001第4位错

32、答：

1100000欲传送代码是1000，1100010欲传送代码是0110，1101001欲传送代码是0001， 0011001欲传送代码是1000，1000000欲传送代码是0010，1110001欲传送代码是1001

35、答：

1101100

36、答：

1001110

第五章 思考题与习题 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

I/O有哪些编址方式？各有何特点？

简要说明CPU与I/O之间传递信息可采用哪几种联络方式？它们分别用于什么场合？ I/O与主机交换信息时，共有哪几种控制方式？简述它们的特点。

试比较程序查询方式、程序中断方式和 DMA方式对CPU工作效率的影响。 图形显示和图像显示有何区别？

字符显示器的接口电路中配有缓冲存储器和只读存储器，各有何作用？ 试比较针式打印机、激光打印机和喷墨打印机。

某计算机的I/O设备采用异步串行传送方式传送字符信息。字符信息的格式为一位起始位、七位数据位、一位检验位和一位停止位。若要求每秒钟传送480个字符，那么该设备的数据传送速率为多少？

什么是多媒体技术？简要说明研制多媒体计算机的关键技术。 什么是 I/O接口？为什么要设置 I/O接口？I/O接口如何分类？ 简述 I/O接口的功能和基本组成。

结合程序查询方式的接口电路，说明其工作过程。 说明中断向量地址和入口地址的区别和联系。

在什么条件下，I/O设备可以向CPU提出中断请求？ 什么是中断允许触发器？它有何作用？

在什么条件和什么时间，CPU可以响应I/O的中断请求？

某系统对输入数据进行取样处理，每抽取一个输入数据，CPU就要中断处理一次，将取样的数据存至存储器的缓冲区中，该中断处理需P秒。此外，缓冲区内每存储N个数据，主程序就要将其取出进行处理，这个处理需Q秒。试问该系统可以跟踪到每秒多少次中断请求？

试用键盘设备为例，结合中断接口电路，说明其工作过程。

在程序中断方式中，磁盘申请中断的优先权高于打印机。当打印机正在进行打印时，磁盘申请中断请求。试问是否要将打印机输出停下来，等磁盘操作结束后，打印机输出才能继续进行？为什么？

试比较单重中断和多重中断服务程序的处理流程，说明他们不同的原因。 DMA方式有何特点？什么样的I/O设备与主机交换信息时采用DMA方式，举例说明。 CPU对DMA请求和中断请求的响应时间是否一样？为什么？ 结合DMA接口电路说明其工作过程。

DMA的工作方式中，CPU暂停方式和周期挪用方式的数据传送流程有何不同，画图说明。

假设某设备向CPU传送信息的最高频率是40K次/秒，而相应的中断处理程序其执行 时间为40μs，试问该外设是否可用程序中断方式与主机交换信息，为什么？

设磁盘存储器转速为3 000转／分，分8个扇区，每扇区存储1K字节，主存与磁盘存储器数据传送的宽度为16位（即每次传送16位）。假设一条指令最长执行时间是 25μs，是否可采用一条指令执行结束时响应DMA请求的方案，为什么？若不行，应采取什么方案？

试从下面七个方面比较程序查询、程序中断和DMA三种方式的综合性能。 （1） 数据传送依赖软件还是硬件： （2） 传送数据的基本单位： （3） 并行性； （4） 主动性； （5） 传输速度； （6） 经济性； （7） 应用对象。

解释周期挪用，分析周期挪用可能会出现的几种情况。 试从五个方面比较程序中断和 DMA方式有何区别。 什么是多重中断？实现多重中断的必要条件是什么？

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